La microarquitectura de los Apple M3, M3 Pro y M3 Max, explicada: salto abismal para su GPU, aunque más modesto para su CPU

La familia de procesadores M3 de Apple ya está aquí. Y promete. Los de Cupertino han presentado tres chips con diferentes prestaciones y una microarquitectura común: las CPU M3, M3 Pro y M3 Max. De momento no hay ni rastro de un muy probable procesador M3 Ultra, aunque podemos estar razonablemente seguros de que llegará en el futuro, posiblemente cuando Apple decida renovar sus familias de ordenadores de sobremesa Mac Pro y Mac Studio.

Estos son los primeros microprocesadores para ordenadores portátiles y de sobremesa fabricados empleando la fotolitografía de 3 nm de TSMC, que es actualmente la más avanzada en fase de producción a gran escala que tiene esta compañía taiwanesa. No obstante, la microarquitectura de estos chips también introduce varias mejoras muy importantes que, sobre el papel, deberían permitirles aventajar con claridad a las CPU equivalentes de la familia M2.

El subsistema que incorpora las mejoras más relevantes es el gráfico. Por primera vez un procesador para Mac implementa aceleración por hardware para el trazado de rayos, y también es la primera vez que la GPU integrada se apoya en una caché dinámica. Además, el rendimiento de los núcleos de CPU y del motor Neural Engine para inteligencia artificial es, según Apple, mucho mayor que en los procesadores M2, y los chips M3 están diseñados para convivir con un mapa de memoria unificada más amplio (hasta 128 GB si nos ceñimos a la CPU M3 Max).

Los microprocesadores Apple M3, M3 Pro y M3 Max, en cifras

Este es el rendimiento de los procesadores M3 que nos promete Apple

La configuración de los núcleos de los chips de la familia M3 es coherente con lo que nos han propuesto las series M1 y M2. El procesador de entrada a la familia, el chip M3, incorpora 8 núcleos de CPU (4 de alto rendimiento y otros 4 de alta eficiencia), y 10 núcleos de GPU. El procesador M3 Pro está disponible en dos versiones diferentes: con 11 núcleos de CPU y 14 núcleos de GPU, o bien con 12 núcleos de CPU (6 núcleos de alto rendimiento y 6 de alta eficiencia) y 18 núcleos de GPU. Por último, el chip M3 Max aglutina hasta 16 núcleos de CPU (12 núcleos de alto rendimiento y 4 de alta eficiencia) y hasta 40 núcleos gráficos.

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Como en otras ocasiones, Apple solo ha desvelado algunos detalles acerca de la arquitectura de los procesadores M3. Como he mencionado unas líneas más arriba, las mejoras más relevantes llegan de la mano de la lógica gráfica (indagaremos en ella en la siguiente sección de este artículo), aunque eso sí, los de Cupertino nos han anticipado qué podemos esperar acerca del rendimiento de sus nuevos procesadores al ponerlos a prueba con aplicaciones de edición de vídeo, procesamiento de imágenes, compilación de código o productividad.

Lo más prudente es que tomemos los índices de rendimiento que nos entregan las marcas con algunas reticencias porque es evidente que son parte interesada, pero pueden servirnos para hacernos una idea aproximada acerca de la productividad de los nuevos chips. Por supuesto, en cuanto los nuevos MacBook Pro o iMac equipados con un chip M3 caigan en nuestras manos analizaremos a fondo su rendimiento. En la siguiente gráfica podemos ver que, según Apple, el procesador M3 es perceptiblemente más rápido que los chips M2 y M1 al escalar imágenes con Photomator.

Al renderizar imágenes utilizando Redshift el chip M3 Pro aventaja con más rotundidad a los procesadores M2 Pro y M1 Pro que el M3 a sus predecesores en la prueba anterior. La mayor frecuencia de reloj a la que presumiblemente trabajan los núcleos de CPU y GPU del procesador M3 Pro juega a su favor, aunque es muy probable que los ingenieros de Apple también hayan introducido optimizaciones importantes en la microarquitectura de los chips M3 frente a la implementación de los procesadores M2.

En su página web Apple ha publicado muchas más pruebas de rendimiento, pero las tres que hemos seleccionado ilustran bastante bien qué productividad nos prometen los chips M3. En la siguiente gráfica podemos ver que el M3 Max, el más capaz hasta que en el futuro llegue el procesador M3 Ultra, es mucho más rápido al renderizar imágenes en Redshift que los chips M2 Max y M1 Max.

Esta mejora es a priori el resultado del incremento de la frecuencia de reloj y las optimizaciones introducidas por Apple en la microarquitectura de los procesadores M3. Por supuesto, la litografía de 3 nm de TSMC en teoría juega a su favor no solo si nos ceñimos a su rendimiento por vatio; también condiciona las frecuencias de reloj máximas a las que son capaces de trabajar los núcleos de CPU.

Según Apple los núcleos de alto rendimiento de los procesadores M3 son un 30% más rápidos que los núcleos equiparables de los chips M1. Y los núcleos de alta eficiencia son, de nuevo según los de Cupertino, un 50% más rápidos que los núcleos equiparables de los chips M1.

Desafortunadamente Apple apenas nos ha dado un par de pinceladas acerca de la eficiencia de los microprocesadores M3, aunque nos ha prometido algo revelador: su rendimiento en escenarios de uso multihilo es el mismo que nos ofrecen los chips M1 equiparables, pero su consumo de energía se reduce a la mitad. En este ámbito la litografía de 3 nm marca la diferencia.

El trazado de rayos por hardware y la caché dinámica llegan a la GPU de los Mac

Apple asegura que los gráficos de los procesadores M3 juegan en otra liga. Puede ser. Lo sabremos con seguridad cuando tengamos la oportunidad de analizar a fondo los primeros Mac equipados con estos chips, pero lo cierto es que, sobre el papel, las mejoras implementadas en su lógica gráfica pintan muy bien. Una de las más importantes es la caché dinámica, una estrategia de trabajo que permite a la GPU decidir en tiempo real cuánta memoria local necesita reservar para cada tarea. Esta técnica en teoría permite maximizar la utilización de la lógica gráfica y su rendimiento. Al mismo tiempo optimiza el uso de la memoria local.

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Además, la GPU integrada en los procesadores M3 implementa hardware dedicado específicamente a la aceleración del trazado de rayos. Los jugadores de PC sabemos bien que esta estrategia de renderizado es mucho más exigente con el hardware gráfico que la rasterización tradicional, por lo que la presencia de hardware dedicado es bienvenida. Según Apple el rendimiento de los chips M3 es hasta 2,5 veces mayor que el de los procesadores M1 cuando interviene el ray tracing. Suena bien.

No obstante, la lógica gráfica de los procesadores M3 implementa una mejora más que merece la pena que no pasemos por alto: aceleración mediante hardware del mesh shading. A grandes rasgos esta técnica actúa sobre la geometría de la escena con el propósito de transformar una geometría compleja en un paquete de mallas más sencillas que pueden ser renderizadas con mucho menos esfuerzo. Según Apple la GPU de los procesadores M3 es capaz de entregarnos el mismo rendimiento de la lógica gráfica de los chips M1, pero consumiendo la mitad de energía.

Hasta 128 GB de memoria unificada

La implementación de un mapa de memoria unificada al que acceden tanto los núcleos de la CPU como la GPU responde a la búsqueda de una estrategia que permita reducir la latencia, incrementar la eficiencia energética, y, al mismo tiempo, mejorar la velocidad de transferencia. Esta técnica sigue presente en los procesadores M3, pero estos chips pueden trabajar en tándem con un mapa de memoria unificada mayor. El procesador M3 mantiene los 24 GB máximos del chip M2, pero el M3 Pro incrementa esta cifra hasta los 36 GB, y el M3 Max hasta unos bastante impactantes 128 GB.

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